電力供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷不斷增加，給供電企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。發(fā)展無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的必然結(jié)果，也是電力系統(tǒng)研究和自動(dòng)化技術(shù)的重要課題。以無(wú)功補(bǔ)償為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)實(shí)施電力系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，能夠全面監(jiān)控電力系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，促進(jìn)電力供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力供電系統(tǒng)；無(wú)功補(bǔ)償；自動(dòng)控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.171

電力系統(tǒng)與社會(huì)生產(chǎn)生活密切相關(guān)，我國(guó)用電需求快速增長(zhǎng)，電網(wǎng)更加復(fù)雜，無(wú)功需求量也不斷增加，需要在電網(wǎng)中安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，滿(mǎn)足電力需求。在電力無(wú)功補(bǔ)償方案中，有源電力濾波器采取了比較理想的無(wú)功補(bǔ)償方法，可以補(bǔ)償變化的無(wú)功和諧波，實(shí)時(shí)反映電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，完成人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，通過(guò)故障報(bào)警為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供保障。

1 無(wú)功補(bǔ)償在電力供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?/p>

根據(jù)正弦電路中對(duì)電流、電壓的定義，電流表示為，電壓表示為。電流滯后電壓的相角表示為，均值電壓表示為U，均值電流表示為I，電壓和電流隨時(shí)間變化的相位表示為。電流i被分解成ip和iq，和電壓有同相位的分量表示ip，比當(dāng)前改的電壓相位滯后90°的分量表示iq。有功功率P可以表示為，無(wú)功功率Q表示為。當(dāng)電路中的電壓相位，等于電流相位，有功功率達(dá)到最大值，同時(shí)無(wú)功功率為0，為理想中中的最佳狀態(tài)。但實(shí)際運(yùn)行中，電力供電系統(tǒng)的電流和電壓的相位不同，因此存在無(wú)功功率Q，有功功率不能達(dá)到最大值。必須考慮無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑黼娐啡鐖D1所示，為了補(bǔ)償?shù)魺o(wú)功功率，在系統(tǒng)中出現(xiàn)相反相位的電流-sin。

1.2 在電力供電系統(tǒng)的應(yīng)用

在早期的電力供電系統(tǒng)中，大部分采用無(wú)源補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償無(wú)功功率。隨著用電需求增加，電網(wǎng)承受壓力增大，傳統(tǒng)裝置已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求。新型電力電子裝置有源動(dòng)力濾波器迅速發(fā)展，能夠?qū)崟r(shí)補(bǔ)償無(wú)功功率分量，動(dòng)態(tài)抑制不斷變化的諧波，廣泛應(yīng)用于電力工程中。有源濾波器的總體框架如圖2。濾波器接入電網(wǎng)的方式不同，有串聯(lián)、并聯(lián)和混合接入。串聯(lián)型損耗比較大，電路保護(hù)復(fù)雜，很少在工程實(shí)踐中應(yīng)用[1]。許多電網(wǎng)系統(tǒng)采用并聯(lián)型或者混合型。并聯(lián)型技術(shù)比較成熟，能夠很好地?zé)o功補(bǔ)償，抑制諧波，應(yīng)用比較廣泛?；旌闲屯ǔＶ荒茚槍?duì)特定負(fù)荷的供電網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用有一定的局限性，難以滿(mǎn)足負(fù)荷運(yùn)行變化大的電網(wǎng)系統(tǒng)的補(bǔ)償要求。

2 電力供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制的主要技術(shù)

2.1 技術(shù)環(huán)節(jié)

在自動(dòng)化電網(wǎng)系統(tǒng)控制中，首先要對(duì)監(jiān)控的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)采集裝置能夠顯示電網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)、故障參數(shù)數(shù)據(jù)等，包括脈沖、模擬量、狀態(tài)量、保護(hù)動(dòng)作信息、定值信息等。比較重要的狀態(tài)量，通過(guò)雙位置接點(diǎn)進(jìn)行采集，保證信息能夠準(zhǔn)確反映[2]。狀態(tài)量數(shù)據(jù)包括斷路器狀態(tài)信息、、隔離開(kāi)關(guān)、變壓器分接頭位置等，模擬量采集主要有母線電壓采樣、功率采樣、回流電流采樣等。脈沖量采集有采集動(dòng)作信號(hào)、保護(hù)狀態(tài)、定值等數(shù)據(jù)，主要是繼電保護(hù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣和變換處理。采樣的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，會(huì)產(chǎn)生誤差，需要數(shù)據(jù)分析校正，數(shù)字濾波運(yùn)算、FFI頻譜分析等，然后輸出到下一模塊。經(jīng)過(guò)傳感器，被測(cè)信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)，需要預(yù)處理，調(diào)整電平比例等處理，滿(mǎn)足采樣的要求。

2.2 關(guān)鍵設(shè)計(jì)

有源電力濾波器能夠動(dòng)態(tài)抑制電力系統(tǒng)產(chǎn)生的供電諧波動(dòng)，對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。設(shè)計(jì)電力供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制系統(tǒng)，硬件設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)框架，硬件設(shè)計(jì)影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定性、運(yùn)行的性能等，從而影響系統(tǒng)的監(jiān)控效果和整體運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基本功能，需要有良好的硬件電路，為后期系統(tǒng)的改造提升提供基礎(chǔ)。

無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行，以及較高的信號(hào)傳輸速度，并且能夠大量采集和處理現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，完成較多的設(shè)備管理工作。在設(shè)計(jì)中，需要采用高端數(shù)字信號(hào)處理器，應(yīng)用于控制核心系統(tǒng)中，有高的控制能力和信號(hào)處理能力，有高性能DSP功能和微控制器功能，進(jìn)行復(fù)雜的控制運(yùn)算，完成運(yùn)行監(jiān)控。

總之，電力企業(yè)要滿(mǎn)足電力需求，需要加強(qiáng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制的研究，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高技術(shù)水平。電力供電系統(tǒng)常用諧波濾波器、有源諧波調(diào)節(jié)器、隔離變壓器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，抑制諧波，傳統(tǒng)的諧波抑制技術(shù)有一定的缺陷，采用有源濾波器能夠很好地達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?，促進(jìn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘愛(ài)強(qiáng).論述智能電網(wǎng)電力設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖钥胤桨高\(yùn)用[J].低碳世界，2015（24）：50-51.

[2]鄭智甫.淺談無(wú)功補(bǔ)償自控方案在電力設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技縱橫，2015（02）：179.

作者簡(jiǎn)介：周燕，女，陜西西安人，講師，研究方向：自動(dòng)控制。